Nitrifikace v přírodě je dvoustupňový proces oxidace amoniaku (NH4+) nebo amoniaku (NH3) na dusitany (NO2-) a poté na dusičnany (NO3-), který katalyzují dvě všudypřítomné skupiny bakterií rostoucích společně. První reakcí je oxidace amoniaku na dusitany amoniak oxidujícími bakteriemi (AOB) zastoupenými příslušníky Betaproteobakterií a Gammaproetobakterií. Dalšími organismy schopnými oxidovat amoniak jsou Archaea (AOA).

Druhou reakcí je oxidace dusitanů (NO2-) na dusičnany bakteriemi oxidujícími dusitany (NOB), zastoupenými členy Nitrospinae, Nitrospirae, Proteobacteria a Chloroflexi.

Tento dvoustupňový proces popsal již v roce 1890 ruský mikrobiolog Sergej Winogradskij.

Amoniak může být také zcela oxidován na dusičnany jednou komammoxní bakterií.

První stupeň nitrifikace – molekulární mechanismusEdit

Obrázek 1. Molekulární mechanismus oxidace amoniaku pomocí AOB

Oxidace amoniaku při autotrofní nitrifikaci je složitý proces, který vyžaduje několik enzymů, proteinů a přítomnost kyslíku. Klíčovými enzymy nezbytnými pro získání energie při oxidaci amoniaku na dusitany jsou amoniakální monooxygenáza (AMO) a hydroxylamin oxidoreduktáza (HAO). První z nich je transmembránový měďnatý protein, který katalyzuje oxidaci amoniaku na hydroxylamin (1.1) a odebírá dva elektrony přímo z chinonového poolu. Tato reakce vyžaduje O2.

Druhý krok tohoto procesu je v poslední době zpochybňován.

Po několik posledních desetiletí panoval názor, že trimerní multihemová HAO typu c přeměňuje hydroxylamin na dusitany v periplazmě za produkce čtyř elektronů (1.2). Proud čtyř elektronů je veden přes cytochrom c554 do membránově vázaného cytochromu c552. Dva elektrony jsou vedeny zpět do AMO, kde jsou využity k oxidaci amoniaku (chinolový pool). Zbývající dva elektrony jsou použity k vytvoření protonové hnací síly a redukci NAD(P) prostřednictvím reverzního elektronového transportu.

Nejnovější výsledky však ukazují, že HAO neprodukuje dusitany jako přímý produkt katalýzy. Tento enzym místo toho produkuje oxid dusnatý a tři elektrony. Oxid dusnatý pak může být oxidován jinými enzymy (nebo kyslíkem) na dusitany. V tomto paradigmatu je třeba přehodnotit elektronovou bilanci pro celkový metabolismus.

NH3 + O2 → NO-
2 + 3H+ + 2e- (1) NH3 + O2 + 2H+ + 2e- → NH2OH + H
2O (1.1) NH2OH + H
2O → NO-
2 + 5H+ + 4e- (1.2)

Druhý krok nitrifikace – molekulární mechanismusEdit

Nitrit vzniklý v prvním kroku autotrofní nitrifikace je oxidován na nitrát nitrit oxidoreduktasou (NXR)(2). Je to membránový molybdoprotein vázaný na železo a síru a je součástí řetězce přenosu elektronů, který vede elektrony z dusitanů na molekulární kyslík. Enzymatické mechanismy zapojené u bakterií oxidujících dusitany jsou méně popsané než u oxidace amoniaku. Nedávný výzkum (např. Woźnica A. et al., 2013) navrhuje nový hypotetický model elektronového transportního řetězce NOB a mechanismů NXR (obr. 2.). Na rozdíl od dřívějších modelů působí NXR na vnější straně plazmatické membrány a přímo se podílí na Spieckem a spolupracovníky postulovaném mechanismu generování protonového gradientu. Nicméně molekulární mechanismus oxidace dusitanů je otevřenou otázkou.

NO-
2 + H
2O → NO-
3 + 2H+ + 2e- (2)

Komammoxní bakterieEdit

Hlavní stránka: komamox

Charakteristika nitrifikačních bakteriíEdit

Nitrifikační bakterie, které oxidují amoniak Edit

Nitrifikační bakterie, které oxidují dusitany Upravit

Komammoxové bakterieEdit

.